1937年,抗日战争全面爆发,北京,天津等地相继陷落。一年后,国内的爱国知识份子纷纷投身到抗日洪流中。物理学专家熊大缜(张艺兴 饰)即将出国留学,临走之前,熊大缜去见一个叫陈广的共产党员。陈广发现周围出现了特务,于是没有让熊大缜靠近,而是示意熊大缜止步。熊大缜并没有感觉到潜在的危险,当他想向陈广打招呼的时候,陈广忽然掏出手枪,对准周围的便衣开枪。枪声惊吓到了来往的行人,许多行人发出尖叫声,抱头鼠窜。熊大缜在混乱中藏到了一辆汽车旁边,陈广跟几个特务枪战,接连打死打伤几个特务。一支日军小分队赶了过来,日军士兵端起步枪向陈广射击。陈广打光了子弹,向日军扔掷手雷。手雷落到日军们身边,但并没有爆炸。日军们趁机开枪打死了陈广,熊大缜藏在汽车外面,心如刀割,流下了悲愤的泪水。日军队长(严屹宽 饰)走到手雷旁边,若无其事抬腿踢走了手雷。八路军缺少军工人才,研制出来的手雷不但威力小,而且还经常哑火。日本人把八路军的手雷当成玩具。熊大缜为牺牲的陈广心痛,向叶老师提出取消出国计划。叶老师极其看重熊大缜,他提醒熊大缜应该出国深造,往更高层次发展,而不是留在国内死磕炸药。熊大缜不认同叶老师的观点,国难当头,日军在中华大地横行霸道,凡是有血性的国民,都应该为国家贡献抗日力量。熊大缜决定教八路军造炸药,他本来要跟女友宜茗快结婚了,但他最后还是选择了保家卫国。宜茗跟熊大缜合影一张,俩人约定俩年后见面。时间一到,如果熊大缜不赴约,宜茗就搬家。熊大缜放下儿女情长,在好友王德熙的陪同下在八路军部队传授炸药知识。在熊大缜的指导下,八路军士兵们对炸药有了一定的认识。制造炸药需要从庄稼里面提练,八路军部队大量收购庄稼,引起了日本人注意。庄稼销量开始被日本人控制,八路军部队无法大量收购庄稼,研制炸药进度遇阻。熊大缜想到了新的办法,但新办法需要更难找的原材料。熊大缜离开部队,几经辗转,终于找到了原材料。他不负大家期待,成功研发出了威力大的炸药。任务已经完成,俩年后,熊大缜收拾行李,前往宜茗住处。他来到宜茗家的时候已经是晚上,一个卖烟的少年透露宜茗已经搬家了。熊大缜未能见到宜茗,他没有出国,也没有去找宜茗,而是回到了部队里面。部队的老师正在教士兵们识字,熊大缜听着士兵们识字读书的声音,脸上露出欣慰的笑容。
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